竹絲/椰糠有機栽培基質理化性質比較及調節

趙健+羅學剛+汪飛

摘要：采用土壤理化性質分析研究方法，比較竹絲和椰糠的理化性質，并對竹絲生長障礙因素進行分析和調節。結果表明，竹絲的容重、比重與椰糠相似，總孔隙度為87.06%，持水能力為368.65%，都處于理想基質的范圍內；竹絲的水分特性曲線與椰糠相似；竹絲的堿緩沖性能優良，酸緩沖性能中等；竹絲的pH值為4.39，偏低，加入2～4 kg/m3 CaCO3粉對竹絲進行調節，可將其pH值調節到適用范圍內，并且pH值穩定；竹絲的EC值為 1.02 mS/cm，處于理想基質的適用范圍內；竹絲的肥力和礦質元素含量低于椰糠，作為基質使用需要添加更多的肥料和礦質元素。竹絲經過適當的調節，可以作為有機栽培基質。

關鍵詞：廢棄物；竹絲；椰糠；栽培基質；理化性質

中圖分類號： X705

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0467-04

隨著我國無土栽培面積的不斷擴大，栽培基質作為無土栽培技術的基礎，成為研究和開發的重點，其中有機栽培基質營養含量能為植物生長提供足夠的養分，并且來源廣泛、價格低廉，不僅解決了資源不足的問題，同時變廢為寶，實現了資源再利用成為無土栽培的研究熱點[1]。目前，椰糠纖維以其優良的理化性質，已在全球范圍內逐步代替泥炭成為應用最為廣泛的有機栽培基質。由天然的椰槺粉末及椰殼塊按比例混合壓縮制成的植生袋，是近年來興起的一種新型基質栽培形式，便于運輸和推廣，是未來設施農業的發展趨勢。

目前，市面上超過90%的植生袋是椰糠經脫鹽和高溫消毒處理后壓縮而成。我國椰子種植地主要分布在熱帶和亞熱帶部分地區[2]，其中海南省的椰子種植面積約占全國椰子種植面積的99%。椰糠產地過于集中，使得以椰糠作為栽培基質大大提高了生產成本，以四川地區為例，購買海南椰糠的成本為3 200元/t，且椰糠本身基本不具備肥力，不利于無土栽培的發展，從基質多樣性和可持續發展的角度看來，就地取材，開發新型有機栽培基質勢在必行。

竹纖維具有優良的導濕性和壓縮回彈性[3]，適合作為植生袋的基質材料。中國竹子廣泛分布在四川省、福建省、湖南省、浙江省等地，總種植面積約530萬hm2，產量約為800萬t，是世界第一竹資源國[4]，目前竹材的利用率僅為40%，有約60%的剩余物被廢棄，不僅造成資源大量浪費，而且焚燒等處理方法也造成了環境污染。從經濟角度考慮，以四川地區為例，購買竹的成本僅為1 000元/t（含運費），竹材料及其廢棄物具有極大的開發價值。目前竹纖維主要應用在造紙業、紡織業、復合材料等領域，在無土栽培基質領域未有涉及。

本研究通過對竹絲與椰糠理化性質的比較分析，找出其差異及基質應用障礙因素，并采取相應改良措施，使竹絲基質達到作為植生袋無土栽培基質材料的要求，為實際生產中使用竹絲作為無土栽培基質提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

試驗材料為竹纖維（四川省宜賓市），以椰糠纖維（海南?。閷φ?。

HZQ-F160型振蕩培養箱，哈爾濱市東聯電子技術開發有限公司；GZX-9140型電熱鼓風烘干箱，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；AR2202CN型天平，奧豪斯儀器（上海）有限公司，精度0.01 g；ZN-20L型小型粉碎機，北京興時利和科技發展有限公司；80目（0.2 mm）標準篩，浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；ECTESTR 11型電導率儀，馬來西亞；PHS-3CW型pH計，上海理達儀器廠；SXW-5-17型陶瓷纖維爐，中國上海實研電爐有限公司；Agilent 7700x型電感耦合等離子體發射光譜-質譜儀，美國安捷倫公司；Vario EL CUBE型元素分析儀，德國元素分析系統公司；AA 700型原子吸收光譜儀，美國鉑金埃爾默公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 容重、比重、孔隙度的測定 容重的測定采用帶刻度燒杯法，孔隙度的測定采用飽和重力排水法。選取已知體積為3 L（標出3 L線并用小刀鑿以小縫隙）的塑料燒杯，稱凈質量（m1）；把自然風干過篩的待測基質裝填入塑料燒杯至3 L線，稱質量（m2）；然后將裝有基質的塑料燒杯用2層濕紗布封口，并將所鑿縫隙用防水膠布封住，浸泡在水中24 h后（水位線始終要沒過容器頂部至少2 cm），從水中取出，除去封口膠布，讓3 L線以上水分自由溢出，即為飽和水狀態下質量（m3），并將封口用的濕紗布稱質量（m4）；最后用濕紗布包住塑料燒杯后倒置，讓燒杯內的水分（重力水）自由瀝干，稱質量（m5）[5]。

1.2.2 保水性測定 保水性的測試采用高溫法，稱取風干過篩的基質100 g，放入500 mL燒杯中，燒杯口采用2層紗布封口，放入蒸餾水中浸泡24 h（水位線始終要沒過容器頂部至少2 cm），取出燒杯倒置8 h，使重力水自由瀝干，將瀝干后的吸水基質均勻鋪置于直徑為15 cm的托盤（質量為m0）中，稱質量（記為m6）[5]，放入80 ℃的恒溫烘箱內，并每隔1 h取出稱質量（記為mi），連續稱重12 h[6]。

1.2.3 pH值、EC值（電導率）的測定及調節 將自然風干過篩的基質與去離子水按體積比1 ∶5進行混合，其中基質150 mL，去離子水750 mL，放入振蕩培養箱中30 min，取出后用保鮮膜封口后靜置24 h，過濾，用pH計和電導率儀分別測定pH 值和EC值[7]。

在竹絲中分別加入用量為0、2、4、6、8、10 kg/m3的 CaCO3 粉，充分混合均勻，裝入自封口塑料袋中，將基質加水充分浸潤達到飽和含水量，將基質放在（25±2） ℃的恒溫培養箱中進行培養，分別在培養后0、2、4、8、12、16、20、28 d用基質與水按1 ∶5混合的飽和浸提法測定pH值[8]。

1.2.4 全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、有機質含量、碳氮比及陽離子交換量（CEC）的測定 全氮含量采用凱氏定氮法測定；全磷含量采用釩鉬酸銨比色法測定；全鉀含量采用HF-HClO4萃取原子吸收法測定[9]。稱取質量為5.0 g的基質，放入坩堝中，再將坩堝置于馬弗爐中，于550 ℃下充分燃燒4 h[10]，測定有效磷、速效鉀含量。碳氮比通過元素分析儀進行測定。陽離子交換量（CEC）采用乙酰銨交換法測定[11]。

1.2.5 緩沖能力的測定 稱取自然風干過篩的基質10 g，共25份，置于250 mL錐形瓶中，先加入100 mL去離子水，基質與水質量比為1 ∶10，再向錐形瓶中加入0.1 mol/L HCl溶液0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12 mL，放入搖床中振蕩30 min，靜置12 h，過濾。用pH計測定并記錄浸提液的pH值[12]。

2 結果與分析

2.1 容重、比重、孔隙度的比較

表1為椰糠、竹絲的容重、比重、總孔隙度、持水能力和氣水比。從表1可以看出，竹絲纖維的容重為0.26 g/cm3，椰糠纖維的容重為0.32 g/cm3，2種材料容重較接近，都處于理想基質0.1～0.8 g/cm3容重范圍內[14]，比重值也接近，既有利于植物根系呼吸和透水，也有利于植物根系的固定[15]。竹絲的總孔隙度為87.06%，椰糠的總孔隙度為93.94%，一般來說，基質的總孔隙度在54%～96%范圍內最為適宜[16]，2種材料總孔隙度都處于此范圍內。竹絲的飽和含水量為 368.65%，椰糠的飽和含水量為371.02%，理想基質的飽和含水量在150%以上，2種材料的飽和含水量都處于較優秀的范圍。竹絲的氣水比為0.16，而椰糠的氣水比僅為0.07，一般來說，基質材料的氣水比為1 ∶（2～4）最為適宜[17]，二者氣水比都偏小，但竹絲的氣水比更接近理想范圍。

2.2 保水性能分析

從圖1中可以看出，竹絲基質的保水性特征曲線與椰糠基質差別不大，竹絲的保水性稍弱于椰糠，但達到飽和含水量的竹絲在80 ℃的烘箱中，8 h 后，竹絲的保水率仍超過13%，說明竹絲具有優良的保水性能。這可能與竹絲主要成分為纖維素和木質素有關，纖維素大分子中存在—OH，木質素中存在—COOH這些較強的親水基團[18]。

2.3 pH值、EC值（電導率）的分析

栽培基質的適宜pH值范圍在5.5～6.5[19]之間，表2為椰糠、竹絲的pH值、EC值，從表2中可以看出，椰糠基質的pH值為5.56，處于此范圍內，而竹絲的pH值偏低，為4.39，需要進行調節。理想基質的EC值為0.75～3.49 mS/cm[20]，基質電導率值過低則營養缺乏，而過高則造成鹽漬傷害，竹絲的EC值為1.02 mS/cm，在理想基質的適用范圍內。

從圖3中可以看出，竹絲的pH值變化主要發生在前 4 d，在培養8 d以后，竹絲的pH值基本趨于穩定。這是因為CaCO3加入基質中之后，CaCO3在基質溶液中發生水解反應：CaCO3+H2O = Ca2++HCO-3+OH-，從而使基質溶液中的酸性離子如H+等被不斷地取代，這樣基質的鹽基飽和度不斷增高，二氧化碳不斷釋放出來，所以基質pH值相應提高[21]。添加在竹絲中的CaCO3可能在培養后8 d基本反應完全，所以竹絲的pH值在培養8 d以后基本穩定。

2.4 全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、有機質含量，碳氮比和CEC（陽離子交換量）的比較

由表3可以看出，竹絲的全磷、全氮、全鉀、有效磷、速效鉀含量均低于椰糠，但椰糠本身所含氮磷鉀也遠低于作物整個周期所需養分，用竹絲作為無土栽培基質需要多次施肥。理想基質的有機質含量在80%以上，從表3中可得出，椰糠的有機質含量和竹絲的有機質含量都在90%以上，并且竹絲的有機質含量稍高于椰糠。通常C/N 在（25～30） ∶1或 （30～35） ∶1較為合適[22]，2種基質的碳氮比相差較大，均處于較高范圍。碳氮比高時，大多數氮將被土壤微生物所吸收，不利于微生物的發酵分解，所以在后期的栽培試驗中，應補充含氮較多的肥料以調節基質的碳氮比。竹絲的陽離子交換量為1627 cmol/kg，雖然低于椰糠的陽離子交換量，但作為無土栽培基質，也處于優良范圍。

2.5 緩沖能力的比較

由圖4可見，隨著HCl施入量的增加，竹絲基質的pH值下降速度相對較快。表4表明，竹絲酸緩沖容量為0.034 8 mol/kg，椰糠基質的pH值下降速度相對較慢，酸緩沖容量為0.076 3 mol/kg?？梢娨坊|的酸緩沖性較好，而竹絲基質的酸緩沖性中等。

由圖5可見，隨著NaOH的加入，椰糠基質的pH值上升比較緩慢，竹絲基質的pH值上升稍快。表5表明，2種基質的堿緩沖容量基本相同，竹絲基質的堿緩沖容量為0.068 7 mol/kg，而椰糠基質的堿緩沖容量為 0.081 3 mol/kg，說明2種材料對較為劇烈的酸堿環境變化具有適應性。

2.6 Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn等元素含量的比較

從表6中可以看出，竹絲基質中鈣元素含量為98.66 mg/kg，鐵元素含量為137.49mg/kg，鎂元素含量為382.07 mg/kg，鋅元素含量為18.73 mg/kg，銅元素含量為 0.93 mg/kg， 均低于椰糠基質中元素含量。竹絲基質中的錳元素含量為91.01 mg/kg，高于椰糠基質，總體而言，椰糠基質的礦質營養比竹絲基質豐富， 竹絲用作無土栽培基質需要添加更多的礦質營養元素。

3 結論與討論

目前，采用竹絲纖維作為無土栽培基質材料，尚未見報道。本研究結果顯示，竹絲基質的容重、比重和椰糠相似，都處于優良無土栽培基質的適用范圍；竹絲基質的持水能力和椰糠基質相當，2種基質都有極其優秀的持水能力；竹絲基質的氣水比大于椰糠基質，作為基質使用的時候還須要調節粒度配比，以提高基質的氣水比；竹絲基質的保水性能稍弱于椰糠基質，但竹絲基質的保水性也屬于優秀的范圍；竹絲的pH值較低，須要加入CaCO3進行調節，CaCO3的加入量在2～4 kg/m3 時較為適宜；竹絲基質的EC值為1.02 mS/cm，在理想基質的適用范圍內；竹絲的酸堿緩沖性能與椰糠相差不大，2種基質都能抵抗強烈的酸堿變化。

竹絲基質本身的肥力弱于椰糠，保肥性能也弱于椰糠，竹絲的礦質營養元素含量低于椰糠，在作為基質使用時，須要加入更多的礦質營養元素。竹絲基質經過適當處理，可以作為植生袋的無土栽培基質。

竹絲在部分理化性質上與椰糠仍存在一定差異，利用竹絲與椰糠的混合基質是以后的研究方向。本試驗僅研究了竹絲作為有機栽培基質的理論性，仍須對竹絲作為有機基質材料的實用性作進一步的研究。

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